臭氧殺菌

臭氧殺菌

臭氧以氧原子的氧化作用破壞微生物膜的結構,以實現殺菌作用。臭氧對細菌的滅活反應總是進行的很迅速,與其它殺菌劑不同的是:臭氧能與細菌細胞壁脂類的雙鍵反應,穿入菌體內部,作用於蛋白和脂多糖,改變細胞的通透性,從而導致細菌死亡。臭氧技術是既古老又嶄新的技術,1840年德國化學家發明了這一技術,1856年被用於水處理消毒行業。目前,臭氧已廣泛用於水處理、空氣淨化、食品加工、醫療、醫藥、水產養殖等領域,對這些行業的發展起到了極大的推動作用。臭氧可使用臭氧發生器製取,其生成原理臭氧可通過高壓放電、電暈放電、電化學、光化學、原子輻射等方法得到,原理是利用高壓電力或化學反應,使空氣中的部分氧氣分解後聚合為臭氧,是氧的同素異形轉變的一種過程。臭氧的分子式為O3。

臭氧

臭氧是什麼

臭氧是氧的同素異形體,分子式為O₃。為天藍色腥臭味氣體,液態呈暗黑色,固態呈藍黑色。

臭氧空洞臭氧空洞

臭氧主要存在於距地球表面20公里的同溫層下部的臭氧層中。它吸收、阻擋並削弱對人體有害的短波紫外線,防止其到達地球。

臭氧殺菌簡述

臭氧以氧原子的氧化作用破壞微生物膜的結構,以實現殺菌作用。臭氧對細菌的滅活反應總是進行的很迅速,與其它殺菌劑不同的是:臭氧能與細菌細胞壁脂類的雙鍵反應, 穿入菌體內部,作用於蛋白和脂多糖,改變細胞的通透性,從而導致細菌死亡。臭氧還作用於細胞內的核物質,如核酸中的嘌呤和嘧啶破壞DNA。臭氧首先作用於細胞膜,使膜構成成份受損傷,而導致新陳代謝障礙,臭氧繼續滲透穿透膜,而破壞膜內脂蛋白和脂多糖,改變細胞的通透性,導致細胞溶解、死亡。

臭氧的毒性

當環境中臭氧濃度偏高時,又是一種環境污染氣體,它是溫室效應氣體之一,殺滅細菌的同時也對人體細胞構成損傷,在靜電區,印表機旁,都應注意通風,避免臭氧濃度過高引起的毒性效應。

臭氧的英文名稱

Ozone

臭氧的定義

化學分子式為O₃,三原子形式的氧。常溫、常態、常壓下無色,有腥臭的氣味,具有強氧化作用。所屬學科:大氣科學(一級學

臭氧殺菌臭氧殺菌

科);大氣化學(二級學科)

定義2:氧氣的同素異形體,每個分子由三個氧原子組成。當其存在於平流層時,有助於保護地球上的生物免受紫外線的傷害,而當其在地球表面附近時, 是城市光化學煙霧的一種組分,對植被和人類有傷害作用。

臭氧發生器是用於製取臭氧氣體的裝置。臭氧易於分解無法儲存,需現場製取現場使用(特殊的情況下可進行短時間的儲存),所以凡是能用到臭氧的場所均需使用臭氧發生器。臭氧發生器在飲用水,污水,工業氧化,,食品加工和保鮮,醫藥合成,空間滅菌等領域廣泛套用。臭氧發生器產生的臭氧氣體可以直接利用,也可以通過混合裝置和液體混合參與反應。

臭氧發生器的消毒殺菌優點

1、高效性:臭氧發生器消毒不需要其他任何輔助材料和添加劑。

2、高潔性:臭氧在環境中可自然分解為氧,這是臭氧作為消毒滅菌劑的獨特優點。

3、方便性:臭氧殺菌設備一般安裝在室內或中央空調系統、空氣淨化系統中,或者是滅菌設備中(如臭氧消毒滅菌櫃、傳遞窗等)。

4、經濟性:通過臭氧消毒滅菌在諸多製藥行業GMP中的套用,以及醫療衛生單位的使用及運行比較,臭氧消毒方法與其他方法相比具有很大的經濟效益和社會效益。

臭氧的相關常識

大氣中,臭氧層對地球生物的保護作用——它吸收太陽釋放出來的絕大部分紫外線,使動植物免遭這種射線的危害。為了彌補日漸稀薄的臭氧層乃至臭氧層空洞,人們想盡一切辦法,比如推廣使用無氟製冷劑,以減少氟利昂等物質對臭氧的破壞。世界上專門設立國際保護臭氧層日。由此給人的印象似乎是:“受到保護的臭氧應該越多越好。”其實不是這樣,大氣中的臭氧,尤其是地面附近的大氣中的臭氧聚集過多,對人類來說,臭氧濃度過高反而是個禍害。臭氧是地球大氣中一種微量氣體,它是由於大氣中氧分子,受太陽輻射分解成氧原子後,氧原子又與周圍的氧分子結合而形成的,含有3個氧原子。大氣中90%以上的臭氧存在於大氣層的上部或平流層,離地面有10~50千米,這才是需要人類保護的大氣臭氧層。還有少部分的臭氧分子徘徊在近地面,仍能對阻擋紫外線有一定作用。但是,近年發現地面附近大氣中的臭氧濃度有快速增高的趨勢,就令人感到不安了。這些臭氧是從哪裡來冒出來的呢?如同鉛污染、硫化物等一樣,它也是源於人類的活動,汽車、燃料、石化等是臭氧的重要污染源。在車水馬龍的街上行走,看到的空氣略帶淺棕色,又有一股辛辣刺激的氣味,這就是通常所稱的光化學煙霧。臭氧就是光化學煙霧的主要成分,它不是直接被排放的,而是轉化而成的,比如汽車排放的氮氧化物,只要在陽光輻射及適合的氣象條件下就可以生成臭氧。隨著汽車和工業排放的增加,地面臭氧污染在歐洲、北美、日本以及我國的許多城市中成為普遍現象。根據專家目前所掌握的資料,到2005年,近地面大氣臭氧層,將成為影響我國華北地區空氣品質的主要污染物。 研究表明,空氣中臭氧濃度在0.012ppm水平時,也是許多城市中的普遍現象,能導致人皮膚刺癢,眼睛、鼻咽、呼吸道受刺激,肺功能受到影響,引起咳嗽、氣短和胸痛等症狀;空氣中臭氧水平提高到0.05ppm,入院就醫人數平均上升7%~10%。原因就在於,作為強氧化劑,臭氧幾乎能與任何生物組織發生反應。當臭氧被吸入呼吸道時,就會與呼吸道中的細胞、黏膜組織很快反應,導致肺功能減弱和組織損傷。對那些患有哮喘病、肺氣腫和慢性支氣管炎的人來說,臭氧的危害更為明顯。從臭氧的性質來看,它既可助人又會害人,它既是上天賜與人類的一把保護傘,有像是一劑猛烈的毒藥。目前,對於臭氧的正面作用,以及人類應該採取哪些措施保護臭氧層,人們已達成共識並做了許多工作。但是,對於臭氧層的負面作用,人們雖然已有認識,但目前除了進行大氣監測和空氣污染預報外,還沒有真正切實可行的方法加以解決。

臭氧層的重要性

紫外線從多方面影響著人類健康。人體會發生如曬斑、眼病、免疫系統變化、光變反應和皮膚病(包括:皮膚癌)等。皮膚癌是一種頑固的疾病,紫外線的增長會使患這種病的危險性增大。紫外線光子有足夠的能量去破裂雙鍵。中短波紫外線會透人皮膚深處,使人的皮膚產生炎症,人體的遺傳物質DNA(脫氧核糖核酸)受到損害,使正常生長的細胞蛻變成癌細胞,並繼續生長成整塊的皮膚癌。也有人說太陽光滲透進皮膚的表層。紫外線輻射轟擊著皮膚細胞,核內的DNA基本單位溶化成失去作用的碎片。而且修復過程可能會出現異常,從而導致癌變。流行病學已證實:患非黑瘤皮膚癌的發病率與日曬緊密相關。各種類型皮膚的人,都有患非黑瘤皮膚癌的可能,但在淺色皮膚人群中發病率較高。動物實驗發現,紫外線中,紫外線B波長區是致癌作用最強的波長區域。據估計,總臭氧量減少1%(即紫外線B波長增強2%),基礎細胞癌變率將增加約4%。近年來的研究發現,紫外線B波長可使免疫系統功能發生變化。實驗結果表明,傳染性皮膚病可能也與由臭氧減少而導致的紫外線B波長增強有關。據估計總臭氧量減少1%,皮膚癌的發病率將增加5%-7%,白內障患者將增加0.2%—0.6%。自1983年以來,加拿大皮膚癌的發病率己增加235%,1991年皮膚病患者已多達4.7萬人。美國環保局局長說,美國在今後50年內死於皮膚癌者,將比過去預計的增加20萬人。澳大利亞人喜歡曬日光浴,把皮膚曬得黑黑的。儘管科學家反覆告誡多曬太陽會導致皮膚癌、他們對黑膚色還是樂此不疲。結果,直到澳大利亞人皮膚癌的發病率比世界上其他地方高出1倍時,才醒悟過來。全世界患皮膚癌的人已占癌症患者總人數的1/3。聯合國環境規劃署曾警告說,如果地球的臭氧層會繼續按照目前的速度減少並變薄,那么到2000年時全世界患皮膚癌的比例將增加26%,達到30萬人。如果下個世紀初臭氧層再減少10%,那么全世界每年患白內障的人有可能達到160萬-175萬人。受紫外線侵害還可能會誘發麻疹、水痘、瘧疾、皰疹、真菌病、結核病、麻風病、淋巴癌。紫外線的增加還會引起海洋浮游生物及蝦、蟹幼體、貝類的大量死亡,造成某些生物滅絕。紫外線照射結果還會使成群的兔子患上近視眼,成千上萬隻羊雙目失明。根據非洲海岸地區的實驗推測,在增強的紫外線B波長照射下,浮游生物的光合作用被削弱約5%。增強的紫外線B波長可通過消滅水中微生物而導致淡水生態系統發生變化,並因而減弱了水體的自淨化作用。增強的紫外線B波長可殺死幼魚、小蝦和蟹。如果南極海洋中原有的浮游生物極度下降,則海洋生物從整體上會發生很大變化。但是,有的浮游生物對紫外線很敏感,有的則不敏感。紫外線對不同生物的DNA的破壞程度有100倍的差別。嚴重阻礙各種農作物和樹木的正常生長 有些植物如花生和小麥,對紫外線B波長有較好的抵禦能力,而另一些植物如萵苣、西紅柿、大豆和棉花,則是很敏感的。美國馬里蘭大學農業生物技術中心的特倫莫拉用太陽燈對6個大豆品種進行了觀察實驗,結果顯示其中3個大豆品種對紫外線輻射極為敏感。具體表現為,大豆葉片光合作用強度下降,造成減產,同時也使大豆種於蛋白質和油脂含量下降。大氣臭氧層損失1%,大豆也將減產1%。特倫莫拉還用了4年時間,對高劑量紫外輻射給樹木生長造成的影響進行了觀察。結果表明,木材積累量明顯下降,它們的根部生長也因而受阻。對全球氣候的不良擾亂作用, 平流層上層臭氧的大量減少,以及與此有關的平流層下層和對流層上層臭氧量的增長,可能會對全球氣候起不良的擾亂作用。臭氧的縱向重分布可能使低空大氣變暖,並加劇由二氧化碳量增加導致的溫室效應。光化學大氣污染,過量的紫外線使塑膠等高分子材料容易老化和分解,結果又帶來新的污染——光化學大氣污染。

臭氧的發現

1840年,德國化學家舍恩拜因在電解稀硫酸時發現了一種特殊氣味的氣體,其分子量是原子氧的三倍,即O₃,並稱它為臭氧。

臭氧殺菌臭氧殺菌

滅菌原理

臭氧是一種強氧化劑,滅菌過程屬生物化學氧化反應。臭氧滅菌有以下3種形式:

1.臭氧能氧化分解細菌內部降解葡萄糖所需的酶,致使TCA循環無法進行,從而導致細胞生命活動所需的ATP無法供應,使細菌滅活死亡。

2.直接與細菌、病毒作用,破壞它們的細胞器和DNA、RNA,使細菌的新陳代謝受到破壞,導致細菌死亡。

3.透過細胞膜組織,侵入細胞內,作用於外膜的脂蛋白和內部的脂多糖,使細菌發生通透性畸變而溶解死亡。

臭氧與消毒

國內的臭氧技術逐漸的成熟,臭氧也慢慢被人們所熟知,由於它的消毒能力極強從而代替了常規消毒被套用到各個領域:

1、室內消毒領域

臭氧具有殺滅空氣中含有的細菌和病毒,有降塵的功能,使空氣清新自然,起到消除疲勞,提神醒腦的效果。

2、 果蔬保鮮消毒領域

水果、蔬菜的運輸、貯藏一直是急需解決的問題,處理不當將帶來極大損失。據悉,我國每年有30-40%的蔬菜因儲運不當和局部積壓而成為垃圾。臭氧與負離子共同作用有極好的果蔬保鮮功能,因此利用臭氧技術可以大大延長果蔬的保鮮、貯存時間,擴大其外運範圍。另外,臭氧技術還可以用於淨菜處理中的殺菌消毒。日本川島播磨重工業公司開發了利用臭氧水自動對蔬菜進行殺菌的系統。據其研究,與目前用於蔬菜殺菌的次氯酸鈉相比,低濃度臭氧水殺菌迅速高效,沒有二次污染。通過實驗對比臭氧水和次氯酸鈉對很容易在蔬菜中繁殖的枯草菌的殺菌效果發現,用濃度為50ppm的次氯酸鈉殺菌2分鐘後細菌還沒有被殺死,而用濃度為5ppm的臭氧水殺菌20秒後99.9%的細菌被殺死。臭氧水將成為最佳的蔬菜殺菌劑。同時,臭氧水能有效氧化蔬菜水果表面農藥,降低農藥殘留量,保護身體健康。

3、環境資源保護領域

產生水危機的主要原因是浪費、污染、用水分配不均和灌溉,其中約有5.5億立方米/年的水體被污染。作為高效殺菌、解毒劑的臭氧自然吸引了眾多的科學家研究將其套用於水資源污染處理及節約工業用水領域的技術。美國地下水技術公司在試驗用臭氧化技術處理土壤及地下水污染取得成功。該公司的試驗表明,臭氧化技術可以在幾個月內消除35 ~ 98%的有毒物質,而這些有毒物質用揮發、生物降解等傳統方法來處理則需幾年時間。有研究表明,用臭氧配合紫外線照射可以將工業廢水中有毒碳氫化合物氧化分解,同時去除重金屬離子。這種方法在染料業廢水處理中已取得95%的淨化率,比傳統方法提高25%。處理後的工業污水可以循環使用,避免了水土污染,節約了工業用水。在已開發國家,臭氧技術在處理飲用水、海水淡化等方面也已獲得套用。

除以上這些領域外,臭氧技術還套用在養殖業、漁業、農業、食品加工業等領域。

4、醫療衛生領域

醫院是治療疾病的地方,但是由於到醫院就診的人很大部分是危重患者,其炎症正處於高峰時期,來自病人身上的有害病菌極易散發於空氣中。因此,醫院又是容易感染疾病的場所。現在,由於到醫院就診引起交叉感染的事已司空見慣。醫院手術和護理操作前大夫或護士的雙手及手術器具的消毒問題也是亟待解決的課題之一。具有高效、迅速殺菌作用的臭氧在醫院環境消毒、術前消毒等方面大有用武之地。比如,日本科學家就研究過用於醫院的臭氧水消毒法。據其研究結果,用臭氧水對醫院手術前醫生、護士的雙手消毒,可殺死所有細菌,不僅時間極短,而且其消毒效果也是其他碘類消毒劑無法比擬的。傳統進行同樣的消毒操作至少需要10分鐘。在醫院中最易引起感染的黃色葡萄球菌和綠膿桿菌等在臭氧水中只需5秒鐘即可全部殺死,其殺菌力遠遠超過酒精和氯。而且臭氧水具有可靠的安全性,經常使用不會傷及肌膚,即使誤喝也不會中毒。

臭氧還可以用於治療。如俄羅斯研究出一種特殊的液壓液來治癒傷口,其基本方法就是在高壓下用霧狀富含臭氧的生理溶液沖洗傷口,水流就象手術刀一樣將傷口中的膿血、壞死組織及細菌分解物清除,同時殺死傷口表面的致病微生物。然後變換"臭氧刀"的結構,繼續增大液體的壓力,使臭氧化的溶液滲進發炎組織幾毫米至3厘米深,並增加氧氣,殺死更深層的致病細菌。據報導,用這種方法已治療過200例病人,他們都是一些糖尿病、膿毒病、血管動脈硬化及不宜施行通常外科手術的患者,結果這些病人的傷口全都完全癒合。

5、食品行業消毒領域

在飲料、果汁等生產過程中,臭氧水可用於管路、生產設備及盛裝容器的浸泡和沖洗,從而達到消毒滅菌的目的。採用這種浸泡、沖洗的操用方法,一是管路、設備及盛裝容器表面上的細菌、病毒大量被沖淋掉;二是殘留在表面上的未被沖走的細菌、病毒被臭氧殺死,非常簡單省事,而且在生產中不會產生死角,還完全避免了生產中使用化學消毒劑帶來的化學毒害物質排放及殘留等問題。另外,利用臭氧水對生產設備等的消毒滅菌技術結合膜分離工藝、無菌灌裝系統等,在釀造工業中用於醬油、醋及酒類的生產,可提高產品的質量和檔次。

在蔬菜加工中的套用,如小包裝蔬菜如傳統的榨菜、蘿蔔、小黃瓜等食品加工中,很多企業為延長產品的保質期,往往採用包裝後高溫殺菌的工藝,這樣不僅對產品的色澤、質地等帶來了不利的影響,而且還消耗了大量的能源。利用臭氧水冷殺菌新技術可避免傳統加工工藝對產品質量帶來的不利影響,並且可提高產品質量,降低生產成本。

在水產製品加工中的套用,在冷凍水產品的凍前處理中,通過臭氧水噴淋殺菌對水制產品的衛生指標可以起到良好的控制作用。

在冷庫中的套用主要有三個方面:一是殺滅微生物—消毒殺菌;二是使各種有臭味的無機物或有機物氧化一除臭;三是使新陳代謝產物氧化,從而抑制新陳代謝。

在食品加工環境替代紫外線消毒燈,被廣泛套用加工環境消毒。

6、禽類養殖消毒領域

禽類現代工廠化養殖,尤其是養雞生產已到了轉型期,即從普及發展轉為提高生產效率和產品質量階段。在轉型期常規的技術已暴露出明顯的弱點。就以養雞生產最關鍵的預防瘟疫和病害的措施來說,必須在技術上找到新的突破口,才能提高生產效益和產品質量。在常規的飼養過程中只是不斷地給雞餵上抗生素和注射疫苗。這些 措施看起來無可非議,但是,卻忽視了飼養過程中平時無時不刻地對場內空氣進行殺菌、消毒、淨化。過多地使用化學藥物會損害了蛋雞的吸鈣機能。蛋雞的吸鈣機能一時受損即使增加含鈣飼料也收效甚微,軟殼蛋不可避免地還要產出。養雞生產過程中不給雞餵抗生素等藥物難以避免瘟疫疾病帶來的損失,餵了抗生素等藥物又影響了產品質量,實在處於兩難狀態。臭氧充注到養殖棚內,首先與禽類排泄物所散發的異臭進行分解反應去除異臭,當異臭去除到一定程度稍聞到臭氧味時,棚內空間的大腸桿菌,葡萄球菌及新城瘟疫、 雞霍亂、禽流感等病毒基本隨之殺滅。另外,不可忽視禽類的排泄物散發的胺類氣體給禽類造成的毒害,農村養殖戶冬天在養殖棚直接用煤爐取暖所產生的氧化硫等有毒氣體給禽類造成的危害不可能靠化學藥物來消除。但套用臭氧技術之後,有效地達到淨化作用,進入套用臭氧技術的養殖棚內很直觀地讓人感覺到空氣明顯清新了。

利用臭氧消毒淨化養殖場內空氣的同時,利用臭氧泡製臭氧水供給禽類飲用也是重要的環節。禽類喝了臭氧水可改變禽類腸道微生態環境。臭氧在禽類腸道內減少了以宿主營養為生的細菌數量,減少宿主營養消耗。還使有力分泌的演粉酶的活性增強。提高了禽類尤其是幼禽對食物營養成份的利用率,增加了幼禽營養供應,促使禽類健康生長。讓禽在喝臭氧水相對地改變了禽類的抗藥性,能有效預防如小雞白痢等腸道疾病。需要指明的,臭氧在水中的半衰期是二十分種左右,邊制邊喝效果更好。但是臭氧會分解化學藥物。供藥與供臭氧水應相隔配套更先進。

通過大量的現場套用對比,臭氧有效地遏制了禽類瘟疫病害的發生,保證禽類的成活率並促進健康生長。養殖戶非常滿意,經濟效益和社會效果顯著。養肉雞一般一個周期為五十天,套用臭氧技術之後可提前一個禮拜,幾乎無因病死亡,雞仔長得特別有精神;蛋雞能保持穩定的產蛋率,而且從對比中發現大有提高。

7、農業消毒領域

臭氧是一種無色略帶臭味的氣體,溶於水後就會成為一種強氧化劑,對活細胞有較強的殺滅作用。通過臭氧發生器可將空氣中的氧氣在高壓、高頻電的電離作用下轉化為臭氧,進而在生產中加以利用。近年來,筆者利用臭氧發生器在西安周邊溫室大棚開展了施放臭氧防治溫室大棚蔬菜病蟲的試驗示範,取得了較好的效果。

臭氧防治病蟲的優點:

安全高效成本低。臭氧可實現一施多用,同時防治多種病蟲,而且防治費用低。與噴施農藥相比,施放臭氧更為方便、高效、安全,可大大減少農藥的使用量,避免菜農施用高毒、高殘留農藥,從而降低用藥成本;無公害。臭氧在乾燥的空氣中不穩定,可很快分解還原為氧氣,因此在植株內及果實中無污染、無殘留,是實現無公害蔬菜生產的一條重要途徑;提質增產。經試驗,溫室番茄使用臭氧後畸形果明顯減少,產量增加20%左右,且果實個大、著色好、口感好。

使用方法:

種子處理。將臭氧氣體導入清水中並不斷攪拌,10分鐘後即製得臭氧溶液。將種子倒入其中浸泡15-20分鐘,可殺滅種子表面的病毒、病菌及蟲卵;溫室大棚病蟲防治:熏棚消毒。定植前10天可結合高溫悶棚利用臭氧發生器將臭氧集中施放於棚內,施放時間以不少於2小時為宜;防治苗床病蟲。先將苗床封嚴,每10平方米每次施放1分鐘,並密閉熏蒸10分鐘,然後再通風30分鐘;設施蔬菜定植後的病蟲防治。定植緩苗後,每畝棚室持續施放臭氧7-10分鐘,再密閉熏蒸15-20分鐘,然後通風30分鐘。無病蟲的棚室每5-7天施放1次,連續施用5次,每經2-3次施放時間再增加5分鐘,直到每畝每次增至25分鐘。熏蒸時間也同樣每經2-3次增加5-10分鐘。經試驗證明,臭氧對番茄灰霉病、葉霉病、早疫病、晚疫病,黃瓜霜霉病、疫病等以及溫室白粉虱、潛葉蠅、蚜蟲等病蟲防治效果較好。但對棚室土壤中的病蟲,由於臭氧氣體滲入土中的量太少,濃度也太低,故沒有作用。

注意事項:

合理確定施放量及熏蒸時間。臭氧施放量及閉棚熏蒸時間要根據不同作物及其生長時期進行適當的調整。一般成株期的作物與苗期作物相比,對臭氧的適應性更強。生產中如果臭氧施放量過大或棚室熏蒸時間過長,輕者會導致大棚蔬菜葉片及花中毒乾枯,重者會引起植株死亡。隨著植株生長,施放量與熏蒸時間可逐漸增加,以達到既可防治病蟲又不傷害蔬菜作物的目的。釋放時應儘量保證均勻,且噴氣口不能直接對著蔬菜,應該距蔬菜植株0.8-1米以上。熏蒸時間到達後應及時通風,一般通風時間不能少於30分鐘;溫度和濕度調控。臭氧施放時棚室內溫度應保持在10-30℃範圍內,在空氣濕度較大的情況下防治效果會更好;棚室熏蒸時嚴防人畜進入,以免引起中毒或出現其他不良反應?

8。臭氧檢測方法和原理

1. 臭氧濃度檢測儀 來自德國安思羅斯公司基本原理

1.1檢測原理

我們知道地球大氣層上有一層臭氧層,科學家們已經發現臭氧層能吸收紫外線,研究表明臭氧僅對波長253.7nm的紫外線具有最大吸收係數,在此波長下紫外線通過臭氧會產生衰減,符合蘭波特——比爾定律。該方法已被美國等國家作為臭氧標準分析方法。該臭氧檢測儀就是採用紫外線吸收法的原理,用穩定的紫外燈光源產生紫外線,用光波過濾器過濾掉其它波長紫外光,只允許波長253.7nm通過。經過樣品光電感測器,再經過臭氧吸收池後,到達採樣光電感測器。通過樣品光電感測器和採樣光電感測器電信號比較,再經過數學模型的計算,就能得出臭氧濃度大小。

1.2臭氧濃度檢測儀

濃度數學計算模型

臭氧濃度數學模型(如公式一)是根據Lambert and Beer定律推出的。

-ln I/I0

C = —————

E×D ( 公式一 )

(注釋:C-----臭氧濃度,單位g /m;E------ 常數;D-------臭氧吸收池距離;

I0---------樣品電流;I------採樣電流)

在這個臭氧濃度計算公式中,只要知道樣品電流、採樣電流和臭氧吸收池距離,那么我們就可以計算出臭氧濃度大小。由於,臭氧吸收池的距離的限制,最大臭氧濃度只能測到300 O3 g/m。

1.3電路原理的實現

基本電路由電源部分、紫外燈控制、紫外光線樣品檢測、紫外光線採樣檢測,對數放大器Log100、模擬輸出及顯示六大部分組成。

電路核心部分就是用對數放大器Log100來實現臭氧濃度數學模型。LOG100是 14引腳可以對兩個電流或電壓之比進行對數運算的積體電路,該放大器輸出電流動態範圍寬,可以在1nA到 1mA之間變化。輸出誤差範圍不超過0.1%。基本接線(如圖1) ,輸出公式: Vout =VT×ln I0/I (注釋:VT---常數;Vout---輸出電壓)。

電源部分主要是產生紫外燈需要的高壓電源,同時產生電路板上需要的+15V直流電。紫外燈燈控部分主要是控制紫外燈燈電流在恆定允許範圍之內,過高、過低可以自動調節,如果調不了說明紫外燈壽命到了,面板上有一個紅燈變亮,提示你應該更換新的紫外燈了。標準紫外光檢測和採樣紫外光檢測部分也是較關鍵部分,.光電感測器把紫外線的光信號轉換為電壓信號,然後經兩次運算放大器進行信號整理放大,送給LOG100進行計算處理後,顯示輸出。模擬輸出0~20mA與臭氧濃度大小是成線性關係的。

2. 臭氧濃度檢測儀

基本 結構

檢測儀主要由低壓紫外燈,光波過濾器、入射紫外光反射器、臭氧吸收池、樣品光電感測器、採樣光電感測器、輸出顯示、電路部件構成。(如圖2)

3. 主要技術指標

3.1 可顯示單位:O3 g/m ,mg/ m ;ppm

3.2 測量範圍:0~10 O3 g/m , 0~100 O3 g/m , 0~200 O3 g/m

3.3 檢測極限:10 ppb

3.4 顯示精確度:讀數的 +1 %

3.5 輸入電源:AC110 V/ AC220 V 50~60 HZ

3.6 模擬輸出:0/4~20 mA

4.儀器校準方法

4.1 校準儀器校準

採用德國安思羅斯公司GM—PRO標準臭氧檢測儀對已生產的臭氧檢測儀進行分布選取10個測試點對比,誤差範圍控制在+1 %以內為合格。

4.2化學滴定法

國際公認化學方法即碘化鉀、硫代硫酸鈉滴定法來檢測臭氧濃度。我們也分布選取10個測試點,然後用臭氧檢測儀與化學滴定法測試的10個點進行對比,誤差範圍控制在 +1%以內。碘化鉀滴定法原理是用強氧化劑臭氧與碘化鉀反應,使碘游離出來到水裡,水就會變為茶色。(反應式: O3+2KI+H2O O2+I2+KOH)利用硫代硫酸鈉標準液滴定,使游離碘變為碘化鈉,反應終點為水完全褪色。(反應式:I2+2Na2S2O3 2NaI+Na2S4O6)

臭氧濃度:C= (Ana×B×2400) / V0 單位 (mg/l)

(注釋:Ana----硫代硫酸鈉標準溶液用量ml ; B---硫代硫酸鈉標準溶液濃度mol/l;

V0-----臭氧氧化其他取樣體積ml )

5. 臭氧濃度檢測儀

結論

本文研製的臭氧濃度檢測儀採用了紫外線吸收法,單點光源、雙光路檢測、體積小、精確度高、穩定性好、可以連續工作;其測量範圍寬,最大測量範圍300 O3 g/m。另外,該檢測儀還具有0/4—20 mA模擬輸出,可以與臭氧發生器,PID調節器組成臭氧閉環自動控制系統。

參考文獻

1.《HANDBOOK OF OZONE TECHNOLOGY AND APPLICATIONS》RICE,RIPG,NETZER ANN ARBIR SCIENCE,1982

2.《國外臭氧技術及套用手冊》 德國安思羅斯公司, 王衛 ,1991

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